KR20090091156A - Travel drive device for working vehicle, working vehicle, and travel drive method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 휠로더나 휠식 유압셔블 등의 작업차량의 주행구동장치, 작업차량 및 주행구동방법에 관한 것이다. The present invention relates to a travel drive device for a work vehicle such as a wheel loader or a wheel hydraulic excavator, a work vehicle, and a travel drive method.
이 종류의 작업차량에서는, 종래부터, 유압펌프와 주행용 유압모터를 폐회로 접속하여 HST 주행 회로를 형성하고, 주행용 유압모터의 구동력을 프로펠러 샤프트를 거쳐 차륜으로 전달하여, 차량을 주행구동하도록 한 주행구동장치가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조). In this type of work vehicle, a hydraulic pump and a traveling hydraulic motor are connected in a closed circuit to form an HST traveling circuit, and the driving force of the traveling hydraulic motor is transmitted to the wheel through the propeller shaft to drive the vehicle. A traveling drive apparatus is known (for example, refer patent document 1).
[특허문헌 1] [Patent Document 1]
일본국 특개평5-306768호 공보JP-A-5-306768
그러나, 상기한 주행구동장치는, HST의 특성상, 저속 주행시에는 큰 견인력을 발휘할 수 있으나, 그 반면, 고속 주행시에 기어의 전달 손실이 커져, 연비가 악화한다는 문제가 있었다. However, the above-described traveling drive device can exhibit a great traction force at low speed travel due to the characteristics of the HST, but on the other hand, there is a problem that the transmission loss of the gear is increased at high speed travel, and fuel economy deteriorates.
본 발명에 의한 작업차량의 주행구동장치는, 원동기에 의하여 구동되는 유압펌프 및 이 유압펌프에 폐회로 접속된 유압모터를 가지는 HST 구동장치와, 원동기의 구동에 의하여 발생한 전력을 사용하여 구동되는 전동모터와, HST 구동장치에 의하여 구동되는 제 1 구동륜과, 전동모터에 의하여 구동되는 제 2 구동륜과, 차속을 검출하는 차속 검출부와, 차속 검출부에 의하여 검출된 차속의 증가에 따라, HST 구동장치로 분배하는 제 1 동력의 비율이 작아지고, 전동모터로 분배하는 제 2 동력의 비율이 커지도록, 원동기의 출력을 HST 구동장치와 전동모터로 분배하는 제어부를 구비한다. A traveling drive device for a work vehicle according to the present invention includes an HST driving device having a hydraulic pump driven by a prime mover, a hydraulic motor connected to a closed circuit to the hydraulic pump, and an electric motor driven using electric power generated by driving of the prime mover. And a first drive wheel driven by the HST drive, a second drive wheel driven by the electric motor, a vehicle speed detector for detecting the vehicle speed, and an increase in the vehicle speed detected by the vehicle speed detector for distribution to the HST driver. And a control unit for distributing the output of the prime mover to the HST drive and the electric motor so that the ratio of the first power to be reduced and the ratio of the second power to be distributed to the electric motor is increased.
전동모터 대신, 원동기의 구동에 의하여 발생한 전력을 사용하여 구동되어, 전동모터로서 기능하는 한편, 주행시의 운동에너지에 의하여 구동되어, 발전기로서 기능하는 모터 발전기를 설치함과 동시에, 차량의 가속/감속 지령의 출력을 판정하는 판정부를 설치하고, 판정부에 의하여 가속 지령이 출력되고 있다고 판정되면, 모터 발전기를 전동모터로서 기능시키고, 차속 검출부에 의하여 검출된 차속의 증가에 따라, HST 구동장치로 분배하는 제 1 동력의 비율이 작아지고, 모터 발전기로 분배하는 제 2 동력의 비율이 커지도록, 원동기의 출력을 HST 구동장치와 모터 발전기로 분배하고, 판정부에 의하여 감속 지령이 출력되고 있다고 판정되면, 모터 발전기를 발전기로서 기능시키도록 하여도 된다. Instead of the electric motor, it is driven by using the electric power generated by the driving of the prime mover, and functions as an electric motor, and is driven by kinetic energy during driving, and installs a motor generator which functions as a generator, and accelerates / decelerates the vehicle. If a judging section for judging the output of the command is provided and it is determined that the acceleration command is output by the judging section, the motor generator functions as an electric motor, and is distributed to the HST drive unit as the vehicle speed detected by the vehicular speed detecting section increases. When the ratio of the first power to be reduced and the ratio of the second power to be distributed to the motor generator is increased, the output of the prime mover is distributed to the HST drive unit and the motor generator, and if it is determined by the determination unit that the deceleration command is output. The motor generator may function as a generator.
이 경우, 판정부에 의하여 감속 지령이 출력되고 있다고 판정되면, 그 감속 지령값이 클수록 모터 발전기의 발전량을 증가시킬 수도 있다. In this case, if it is determined by the determining unit that the deceleration command is output, the generation amount of the motor generator may be increased as the deceleration command value is larger.
가속 지령값을 검출하는 가속 검출부를 구비하고, 가속 지령값이 클수록, 제 1 동력과 제 2 동력이 커지도록, 원동기의 동력을 HST 구동장치와 전동모터로 분배할 수도 있다.An acceleration detection unit for detecting an acceleration command value is provided, and the power of the prime mover may be distributed to the HST drive and the electric motor so that the first power and the second power become larger as the acceleration command value becomes larger.
제 1 구동륜을 전륜(前輪), 제 2 구동륜을 후륜(後輪)으로 하는 것이 바람직하다. It is preferable to make a 1st drive wheel the front wheel, and a 2nd drive wheel the rear wheel.
차속 검출부에 의하여 검출된 차속이 제 1 소정값 이하의 범위에서, 제 1 동력의 비율을 제 2 동력의 비율보다도 큰 일정한 비율로 제어하고, 차속 검출부에 의하여 검출된 차속이 제 1 소정값보다 크고, 또한, 제 1 소정값보다 큰 제 2 소정값보다 작은 범위에서, 제 1 동력의 비율을 서서히 감소시켜, 차속 검출부에 의하여 검출된 차속이 제 2 소정값 이상의 범위에서, 제 1 동력의 비율을 0으로 할 수도 있다.In a range in which the vehicle speed detected by the vehicle speed detection unit is equal to or less than the first predetermined value, the ratio of the first power is controlled at a constant ratio larger than the ratio of the second power, and the vehicle speed detected by the vehicle speed detection unit is larger than the first predetermined value. Further, the ratio of the first power is gradually decreased in the range smaller than the second predetermined value larger than the first predetermined value, so that the ratio of the first power is adjusted in the range where the vehicle speed detected by the vehicle speed detection unit is equal to or greater than the second predetermined value. It can also be zero.
HST 구동장치에 의한 동력을 제 1 구동륜으로 전달하는 기어기구를 가지는 것이어도 된다. It may have a gear mechanism for transmitting power by the HST drive to the first drive wheels.
HST 구동장치에 의한 견인력이 0이 될 때까지 전동모터의 출력 토오크를 일정하게 유지하고, 차속의 증가에 의하여 HST 구동장치에 의한 견인력이 0이 되고 나서 전동모터에 의한 견인력이 감소를 개시하도록 전동모터의 출력 토오크를 제어하는 토오크 제어부를 가지는 것으로 하여도 된다.The output torque of the electric motor is kept constant until the traction force by the HST drive becomes zero, and the traction force by the electric motor starts to decrease after the traction force by the HST drive becomes zero by the increase of the vehicle speed. It may be provided with the torque control part which controls the output torque of a motor.
본 발명에 의한 작업차량의 주행구동방법은, 원동기에 의하여 구동되는 유압펌프와 유압모터를 폐회로 접속한 HST 구동장치를 가지고, 이 HST 구동장치에 의하여 제 1 구동륜을 구동하고, 전동모터에 의하여 제 2 구동륜을 구동하며, 차속의 증가에 따라, HST 구동장치로 분배하는 제 1 동력의 비율을 작게, 전동모터로 분배하는 제 2 동력의 비율을 크게 한다. The traveling drive method of a work vehicle according to the present invention has a HST driving device in which a hydraulic pump driven by a prime mover and a hydraulic motor are connected in a closed loop, and the first driving wheel is driven by the HST driving device, and the first driving wheel is driven by the electric motor. Drives two drive wheels, and as the vehicle speed increases, the ratio of the first power to be distributed to the HST drive is reduced, and the ratio of the second power to the electric motor is increased.
본 발명에 의하면, 제 1 구동륜을 HST 구동장치로 구동하고, 제 2 구동륜을 전동모터로 구동함과 동시에, 차속의 증가에 따라 HST 구동장치로 분배하는 엔진 출력의 비율을 작게 하였기 때문에, HST 구동장치를 효율적으로 작동할 수 있고, 연비를 향상할 수 있다. According to the present invention, since the first drive wheel is driven by the HST drive device, the second drive wheel is driven by the electric motor, and the ratio of the engine output to the HST drive device is reduced as the vehicle speed is increased. The device can be operated efficiently and fuel economy can be improved.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 주행구동장치가 적용되는 휠로더의 측면도, 1 is a side view of a wheel loader to which a traveling drive device according to a first embodiment of the present invention is applied;
도 2는, 제 1 실시형태에 관한 주행구동장치의 구성을 나타내는 도,2 is a diagram showing the configuration of a traveling drive device according to a first embodiment;
도 3은, 도 2의 HST 주행 회로의 상세를 나타내는 유압 회로도, 3 is a hydraulic circuit diagram showing the details of the HST travel circuit in FIG. 2;
도 4(a)는, 도 3의 회로에 사용되는 유압펌프의 펌프 경전각(傾轉角)과 모터 구동압의 관계를 나타내는 도이고, 도 4(b)는, 유압모터의 모터 경전각과 모터 구동압의 관계를 나타내는 도, Fig. 4A is a diagram showing the relationship between the pump tilt angle and the motor driving pressure of the hydraulic pump used in the circuit of Fig. 3, and Fig. 4B shows the motor tilt angle and the motor drive of the hydraulic motor. Degrees indicating the relationship between pressure,
도 5(a) 내지 도 5(c)는, 각각 제 1 실시형태에 관한 주행구동장치에 의하여 얻어지는 차량 전체의 견인력, HST 구동장치에 의한 견인력, 전동모터에 의한 견인력의 특성을 나타내는 도, 5 (a) to 5 (c) are diagrams showing the characteristics of the traction force of the entire vehicle, the traction force by the HST drive device, and the traction force by the electric motor, respectively, which are obtained by the traveling drive device according to the first embodiment;
도 6은, 도 2의 컨트롤러 내의 구성을 나타내는 블록도, 6 is a block diagram showing the configuration in the controller of FIG. 2;
도 7은, 견인력과 동력의 관계를 나타내는 도, 7 is a diagram showing a relationship between traction and power;
도 8은, 제 2 실시형태에 관한 주행구동장치의 구성을 나타내는 도,8 is a diagram showing the configuration of a traveling drive device according to a second embodiment;
도 9(a) 내지 도 9(c)는, 각각 제 2 실시형태에 관한 주행구동장치에 의하여 얻어지는 차량 전체의 견인력, HST 구동장치에 의한 견인력, 전동모터에 의한 견인력의 특성을 나타내는 도면이다. 9 (a) to 9 (c) are diagrams showing the characteristics of the traction force of the entire vehicle, the traction force by the HST drive device, and the traction force by the electric motor, respectively, obtained by the traveling drive device according to the second embodiment.
[제 1 실시형태][First embodiment]
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 의한 주행구동장치의 제 1 실시형태에 대하여 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, 1st Embodiment of the drive system which concerns on this invention is described with reference to FIGS.
도 1은, 제 1 실시형태에 관한 주행구동장치가 적용되는 작업차량의 일례인 휠로더의 측면도이다. 휠로더(100)는, 아암(111), 버킷(112), 타이어(전륜)(113) 등을 가지는 앞부분 차체(110)와, 운전실(121), 엔진실(122), 타이어(후륜)(123) 등을 가지는 뒷부분 차체(120)로 구성된다. 아암(111)은 아암 실린더(114)의 구동에 의하여 부앙동(俯仰動)하고, 버킷(112)은 버킷 실린더(115)의 구동에 의하여 덤프 또는 클라우드한다. 앞부분 차체(110)와 뒷부분 차체(120)는 센터 핀(101)에 의하여 서로 회동 자유롭게 연결되어, 스티어링 실린더(도시 생략)의 신축에 의해 뒷부분 차체(120)에 대하여 앞부분 차체(110)가 좌우로 굴절한다. 전륜(113) 및 후륜(123)은, 이하와 같은 주행구동장치에 의하여 구동되어, 차량이 주행한다. 1 is a side view of a wheel loader which is an example of a work vehicle to which the traveling drive device according to the first embodiment is applied. The
도 2는, 제 1 실시형태에 관한 주행구동장치의 구성을 나타내는 도면이다. 주행구동장치는, 전륜(113)을 구동하는 전륜 구동장치(10)와, 후륜(123)을 구동하는 후륜 구동장치(20)를 가진다. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a traveling drive device according to the first embodiment. The traveling drive device includes a front
전륜 구동장치(10)는, 엔진(1)에 의하여 구동되는 가변용량형의 유압펌프(11)와, 유압펌프(11)로부터의 압유(壓油)에 의하여 구동하는 가변용량형의 유압모터(12)를 가진다. 유압펌프(11)와 유압모터(12)는 폐회로 접속되어, 이른바 HST 주행 회로를 형성한다. 유압모터(12)의 회전은, 감속기(13), 차축(14)을 거쳐 전 륜(113)으로 전달되고, HST 주행구동장치에 의하여 전륜(113)이 구동된다. 감속기(13)는, 복수단(예를 들면 로우/하이)으로 전환 가능한 기어기구를 가진다. The front
이와 같은 HST 주행구동장치(이하, 단순히 HST라고도 부른다)는, 저속 주행시에 특히 큰 견인력을 발휘할 수 있기 때문에, 견인력에 대응하도록 차축이나 프로펠러 샤프트를 로우 기어용의 견고한 구조로 할 필요가 있고, 샤프트 사이즈나 기어 사이즈가 커지는 경향이 있다. 이 때문에, 기어를 하이 기어로 전환하여 고속 주행한 경우, 기어의 전달 손실이 커져, 연비의 악화를 동반한다. 그래서, 본 실시형태에서는, 이하와 같이 전동모터에 의하여 후륜 구동장치(20)를 구성하고, 고속 주행시에 후륜(123)을 전동모터로 구동한다. Such an HST driving drive device (hereinafter simply referred to as HST) can exert a particularly large traction force during low-speed driving, so it is necessary to make the axle or propeller shaft a rigid structure for low gear so as to cope with traction force. The size and gear size tend to increase. For this reason, when the gear is shifted to the high gear and traveled at high speed, the transmission loss of the gear is increased, which leads to deterioration of fuel economy. Therefore, in this embodiment, the rear
후륜 구동장치(20)는, 엔진(1)에 의하여 구동되는 제너레이터(21)와, 제너레이터(21)로 발전한 전기를 축전하는 배터리(22)와, 제너레이터(21)에 의하여 발전된 전력에 의하여 구동되는 전동모터(23)와, 전동모터(23)의 구동을 제어하는 인버터(24)를 가진다. 전동모터(23)의 회전은, 감속기(25), 차축(26)을 거쳐 후륜(123)으로 전달되고, 전동모터(23)에 의하여 후륜(123)이 구동된다. 감속기(25)는, 감속기(13)와 마찬가지로, 복수단(로우/하이)으로 전환 가능한 기어기구를 가진다. The rear
인버터(24)는 컨트롤러(50)로부터의 제어신호에 의하여 제어된다. 컨트롤러(50)에는, 차속(v)을 검출하는 차속 검출기(51)와, 액셀러레이터 페달의 조작량(A)을 검출하는 조작량 검출기(52)가 접속되어 있다. 컨트롤러(50)는, 이것들로부터의 신호에 의거하여, 뒤에서 설명하는 바와 같이 전동모터(23)의 출력 토오크(T)를 모터(23)의 목표출력(Pw2)(도 6)에 따라 제어한다. The
여기서, 전륜 구동장치(10)의 구성을 더욱 자세하게 설명한다. 도 3은, HST 주행 회로의 상세를 나타내는 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이 엔진(1)의 출력축에는 차지 펌프(15)가 접속되고, 차지 펌프(15)의 하류에는 스로틀(16)이 설치되어 있다. 액셀러레이터 페달(도시 생략)의 밟기에 의하여 엔진 회전수가 증가하면, 차지 펌프(15)의 토출압이 증가한다. 이 차지 펌프(15)로부터의 압유는, 전후진 전환밸브(17)을 거쳐 경전 실린더(18)로 유도되어, 경전 실린더(18)가 구동된다. 이것에 의하여 엔진 회전수의 증가에 따라 유압펌프(11)의 경전각(qp)이 커지고, 펌프 토출량이 증가하여, 유압모터(12)의 회전수가 증가한다. 전후진 전환밸브(17)는, 전후진 전환 레버(19)의 조작에 따른 컨트롤러(50)로부터의 제어신호에 의하여 전환되고, 유압펌프(11)로부터 유압모터(12)로의 압유의 흐름 방향이 제어된다. Here, the configuration of the front
펌프 경전각(q)은, 액셀러레이터 페달의 밟기뿐 아니라, 유압펌프(11)에 작용하는 부하의 크기에 의해서도 변화한다. 예를 들면 액셀러레이터 페달을 최대로 밟아, 엔진(1)이 풀(full) 마력을 출력하고 있을 때에, 주행 부하가 증가하면, 엔진 회전수가 저하하여 펌프 경전각이 작아지고, 펌프 토출량이 감소한다. 이 경우의 부하[모터 구동압(P)]와 펌프 경전각(qp)의 관계는, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이 된다. 도 4(a)의 특성 f1∼f3은, 각각 동력이 일정한 마력선도(馬力線圖)를 나타내고 있고, HST로 분배되는 동력(Pw1)(도 6)이 작아지면, 마력선도는 f1→f2→f3와 같이 시프트한다. 또한, 모터 구동압의 최대값(Pmax)은 도시 생략한 릴리프 밸브에 의하여 제한되고, 펌프 경전각의 최대값(qpmax)은 펌프 자체의 구조에 의하 여 물리적으로 제한된다. The pump tilt angle q changes not only by stepping on the accelerator pedal but also by the magnitude of the load acting on the
도 3에서, 유압모터(12)의 구동압(P)은 경전 실린더(12a)로 유도되고, 모터 구동압(P)에 따라 모터 경전각(qm)이 변화한다. 즉, 모터 구동압(P)이 소정값(Pa) 이상이 되면, 경전 실린더(12a)가 대경전(大傾轉)측으로 구동되고, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 모터 경전(qm)이 소경전(小傾轉)(qm1)으로부터 대경전(qm2)으로 변화한다. 경전 실린더(12a)에는, 솔레노이드(12b)의 여자(勵磁)에 의하여 소정값(Pa)의 값을 조정하는 조정기구가 설치되어 있다. 소정값(Pa)은, 뒤에서 설명하는 컨트롤러(50)로부터의 제어신호에 의하여, HST의 목표 동력(Pw1)에 따라 제어된다. 즉, 목표 동력(Pw1)이 커지면, 소정값(Pa)은 특성 g3→g2→g1과 같이 커진다. In FIG. 3, the driving pressure P of the
도 4(a)의 f1∼f3와 도 4(b)의 g1∼g3은, 각각 동일한 동력(Pw1)으로 대응하고 있다. 예를 들면 동력(Pw1)이 최대일 때의 펌프 경전각(qp)의 특성은 f1, 모터 경전각(qm)의 특성은 g1이고, 소정값(Pa)은, 펌프 경전각이 최대(qpmax)일 때의 모터 구동압(P1)과 동일해지도록 설정된다. 이것에 의하여 HST의 동력(Pw1)이 최대, 모터 경전각이 소경전(qm1)으로 주행 중에, 주행 부하가 커지면, 먼저 모터 경전각(qm)이 특성 g1을 따라 qm2까지 증가하고, 그 후, 펌프 경전각(qp)이 특성 f1을 따라 감소한다. F1 to f3 in Fig. 4A and g1 to g3 in Fig. 4B correspond to the same power Pw1, respectively. For example, the characteristic of the pump tilt angle qp when the power Pw1 is maximum is f1, the characteristic of the motor tilt angle qm is g1, and the predetermined value Pa is the maximum pump tilt angle (qpmax). Is set to be equal to the motor driving pressure P1 at the time of. As a result, when the driving load increases while the power Pw1 of the HST is maximum and the motor tilt angle is small (qm1), the motor tilt angle qm first increases to qm2 along the characteristic g1. The pump tilt angle qp decreases along the property f1.
도 5(a) 내지 도 5(c)는, 차량의 주행속도(v)와 구동력(견인력)(F)과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5(a)의 a는, 액셀러레이터 페달을 최대로 밟았을 때의 차량 전체의 견인력의 특성이다. 이 특성 a는, 차량이 최대 동력을 발휘하고 있을 때, 즉, 엔진(1)이 풀 파워를 출력하고 있을 때의 차량 전체의 견인력(Fa)을 나타 내고 있고, 차속(v)의 증가에 따라 견인력(Fa)은 감소한다. 즉, 차량의 동력(P)은, 일반적으로 P=F×v로 나타내기 때문에, P가 최대 동력으로 일정하면, 차속(v)이 증가한 만큼, 견인력(Fa)이 감소한다. 5 (a) to 5 (c) are diagrams showing the relationship between the traveling speed v of the vehicle and the driving force (towing force) F. FIG. A of FIG. 5A is a characteristic of the traction force of the whole vehicle when the accelerator pedal is pressed down to the maximum. This characteristic a represents the traction force Fa of the whole vehicle when the vehicle is at full power, that is, when the engine 1 is outputting full power, and as the vehicle speed v increases, The pulling force Fa decreases. That is, since the power P of the vehicle is generally represented by P = F × v, when P is constant at the maximum power, the traction force Fa decreases as the vehicle speed v increases.
도 5(a)의 b1, c1은, 각각 액셀러레이터 페달을 최대로 밟았을 때에 있어서의 전륜 구동장치(10)(HST 구동장치)에 의한 전륜(113)의 견인력(Fb)과, 후륜 구동장치(20)[전동모터(23)]에 의한 후륜(123)의 견인력(Fc)의 특성이고, 특성 b1과 특성 c1을 더하면 특성 a가 된다. 본 실시형태에서는, 전륜(113)의 견인력(Fb)의 특성과 후륜(123)의 견인력(Fc)의 특성을, 도 5(b), 5(c)와 같이 설정한다. 또한, 도 5(b), 5(c)에서는, 다른 액셀러레이터 페달의 조작량에 대응한 복수의 특성 b1∼b3, c1∼c3을 나타내고 있고, 페달 조작량이 증가하면 견인력(Fb)의 특성은 b3→b2→b1로, 견인력(Fc)의 특성은 c3→c2→c1로 각각 변화한다. B1 and c1 of FIG. 5 (a) are the traction force Fb of the
특성 b1, c1은, 각각 액셀러레이터 페달을 최대로 밟았을 때의 특성이다. 액셀러레이터 페달을 최대로 밟았을 때에는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 차속이 v1에 도달할 때까지 전륜(113)의 견인력(Fb)은 일정하고, 이후, Fb는 서서히 감소하여, 차속(v2)에서 0이 된다. 한편, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 후륜(123)의 견인력(Fc)은, 차속이 v2에 도달할 때까지 일정하고, 이후, Fc는 서서히 감소하여, 차속(v3)에서 0이 된다. 이와 같이 견인력(Fb)이 0이 될 때의 차속(v2)과 견인력(Fc)이 감소하기 시작할 때의 차속(v2)을 동일하게 설정함으로써, 차량 전체의 견인력(Fa)이 차속에 따라 완만하게 감소하여, 쇼크를 저감할 수 있다. The characteristics b1 and c1 are characteristics when the accelerator pedal is pressed down to the maximum, respectively. When the accelerator pedal is pressed down to the maximum, as shown in Fig. 5 (b), the traction force Fb of the
본 실시형태에서는, 전륜(113)의 견인력(Fb)과 후륜(123)의 견인력(Fc)이, 각각 도 5(b), 5(c)의 특성을 따라 변화하도록 전동모터(23)의 출력 토오크(T)를 제어한다. 또, 도 4(b)의 소정값(Pa)을 제어한다. 이하, 이 점에 대하여 설명한다.In this embodiment, the output of the
도 6은, 컨트롤러(50) 내의 구성을 나타내는 블록도이다. 목표 동력 연산부(58)에는, 미리 HST 구동장치의 목표 동력(Pw1)의 특성과, 전동모터(23)의 목표 동력(Pw2)의 특성이 기억되어 있다. 이들 특성은, 엔진 출력을 차속(v)에 따라 어떻게 HST와 전동모터(23)로 배분할지를 나타낸 것이다. Pw1과 Pw2의 합계값(Pw0)은, 차량 전체의 동력을 나타내고 있고, 동력(Pw0)은 차속(v)과 상관없이 일정하다. 또한, 액셀러레이터 페달의 조작량(A)의 증가에 의하여 엔진 출력이 증가하기 때문에, 목표 동력(Pw1, Pw2)은 액셀러레이터 페달 조작량(A)이 클수록 커지도록 설정되어 있다. 6 is a block diagram showing the configuration in the
목표 동력(Pw1, Pw2)은, 차속(v)에 따른 크기로 설정된다. 즉, v ≤ va의 저속 영역에서는, HST의 목표 동력(Pw1)이 전동모터(23)의 목표 동력(Pw2)보다도 커지도록 설정된다. va < v < vb의 중속(中速) 영역에서는, 목표 동력(Pw1)의 비율이 서서히 감소하고, 목표 동력(Pw2)의 비율이 서서히 증가하도록 설정된다. v ≥ vb의 고속 영역에서는, 목표 동력(Pw1)이 0, 목표 동력(Pw2)이 최대(= Pw0)가 되도록 설정된다. 목표 동력 연산부(58)는, 이 설정된 특성에 의거하여, 차속(v)과 액셀러레이터 페달 조작량(A)에 따라 목표 동력(Pw1, Pw2)을 연산하고, 목표 동력(Pw1, Pw2)을, 각각 소정값 연산부(54)와 토오크 연산부(53)로 출력한다. The target powers Pw1 and Pw2 are set to magnitudes corresponding to the vehicle speed v. That is, in the low speed region of v ≦ va, the target power Pw1 of the HST is set to be larger than the target power Pw2 of the
토오크 연산부(53)에는, 미리 전동모터(23)의 목표 토오크(T)와 모터(23)의 회전수(Nm) 및 동력(Pw2)의 관계가 기억되어 있다. 현재의 모터 회전수(Nm)는 컨트 롤러 자신이 파악하고 있고, 토오크 연산부(53)는, 도시한 특성에 의거하여, 목표 동력(Pw2)과 모터 회전수(Nm)에 대응한 목표 토오크(T)를 연산한다. 그리고, 전동모터(23)가 목표 토오크(T)를 출력하도록 인버터(24)를 제어한다. 이것에 의하여 전동모터(23)의 동력(Pw2)이, 목표 동력 연산부(58)에서 설정한 값이 된다. In the
이와 같이 엔진 출력의 일부를 전동모터(23)의 동력(Pw2)으로 하여 인출하면, 나머지가 HST로 분배되고, HST의 동력(Pw1)은, 목표 동력 연산부(58)에서 설정한 목표 동력(Pw1)이 된다. 소정값 연산부(54)에는, 미리 목표 동력(Pw1)과 소정값(Pa)의 관계가 기억되어 있다. 소정값 연산부(54)는, 이 관계에 의거하여 목표 동력(Pw1)에 대응한 소정값(Pa)을 연산하고, 유압모터(12)의 솔레노이드(12b)에 제어신호를 출력한다. 이것에 의하여 소정값(Pa)을 제어한다. When a part of the engine output is taken out as the power Pw2 of the
도 5(b)의 HST 견인력(Fb)과 도 6의 HST 목표 동력(Pw1)의 관계에 대하여 설명한다. 도 7은, HST 견인력(Fb)과 HST 동력(Pw1)의 관계를 나타내는 도면이고, 도면에서 b1은, 도 5(b)에 나타낸 것과 동일한 특성이다. 도 7의 b11 내지 b14는 각각 동력이 일정한 곡선이고, b11 > b12 > b13 > b14의 관계가 있다. 차속(v) < va의 범위에서는 동력(Pw1)은 일정하기 때문에(도 6), 견인력(Fb)은 동력이 일정한 곡선 b11을 따라 변화한다. 차속이 va를 넘으면 동력(Pw1)이 서서히 감소하기 때문에, 견인력(Fb)은 곡선 b11 상의 점 P11로부터 곡선 b12 상의 점 P12 → 곡선 b13 상의 점 P13 → 곡선 b14 상의 점 P14로 추이한다. 그 결과, 도 6의 동력(Pw1)의 특성으로부터, 도 5(b)의 견인력(Fb)의 특성이 얻어진다. The relationship between the HST traction force Fb of FIG. 5B and the HST target power Pw1 of FIG. 6 will be described. FIG. 7: is a figure which shows the relationship between HST traction force Fb and HST power Pw1, and b1 is the same characteristic as what was shown to FIG. 5 (b). B11 to b14 in FIG. 7 each have a constant power curve, and have a relationship of b11> b12> b13> b14. Since the power Pw1 is constant in the range of the vehicle speed v <va (FIG. 6), the traction force Fb changes along the curve b11 in which the power is constant. Since the power Pw1 gradually decreases when the vehicle speed exceeds va, the traction force Fb transitions from the point P11 on the curve b11 to the point P12 on the curve b12 → the point P13 on the curve b13 → the point P14 on the curve b14. As a result, the characteristic of the pulling force Fb of FIG. 5 (b) is obtained from the characteristic of the power Pw1 of FIG.
제 1 실시형태에 관한 주행구동장치의 동작의 일례를 설명한다. An example of the operation of the traveling drive apparatus according to the first embodiment will be described.
차량의 발진시에 액셀러레이터 페달을 최대로 밟으면, 유압펌프(11)로부터 유압모터(12)로 압유가 공급되고, HST에 의하여 전륜(113)이 구동된다. 또, 인버터(24)로부터의 신호에 의하여 전동모터(23)가 회전하고, 전동모터(23)에 의하여 후륜(123)이 구동된다. 이때 엔진 출력은 HST와 전동모터(23)로 분배되나, 차속(v)이 소정값(va)에 도달할 때까지는, 도 6에 나타내는 바와 같이 HST로 분배되는 동력(Pw1)은 전동모터(23)로 분배되는 동력(Pw2)보다도 크다(Pw1 > Pw2). 이 때문에, HST가 효과적으로 작용하여, 도 5에 나타내는 바와 같이 저속시에 고견인력의 주행성능이 얻어진다. When the accelerator pedal is depressed to the maximum when the vehicle starts, the hydraulic oil is supplied from the
차속(v)이 va 이상 vb 이하의 영역에서는, 차속(v)이 빨라짐에 따라, 전동모터(23)로 배분되는 동력(Pw2)이 증가하고, HST로 배분되는 동력(Pw1)이 감소한다. 차속(v)이 vb(=v2) 이상에서는, Pw1=0이고, 펌프 경전각(qp)이 0이 된다. 이것에 의하여 도 5에 나타내는 바와 같이 견인력(Fb)이 0이 되고, 고속 저견인력의 주행 성능이 얻어진다. 이 경우는, 전동모터(23)의 견인력(Fc)만으로 차량이 견인된다. 이 때문에 HST에 의하여 차량을 고속 주행할 필요가 없기 때문에, 고속 주행시의 HST 구동장치에서의 동력 손실이 작아져, 연비를 향상할 수 있다. In the region where the vehicle speed v is not less than va and vb, as the vehicle speed v becomes faster, the power Pw2 distributed to the
이상의 제 1 실시형태에 의하면 이하와 같은 작용효과를 이룰 수 있다. According to the above first embodiment, the following effects can be achieved.
(1) HST 주행구동장치에 의하여 전륜(113)을, 전동모터(23)에 의하여 후륜(123)을 구동함과 동시에, 차속(v)이 va 이상 vb 이하의 영역에서는, 차속(v)의 증가에 따라 HST로 배분되는 동력(Pw1)을 차속에 따라 저감하고, 차속(v)이 vb보다 커지면 Pw1=0으로 하였다. 이것에 의하여 차속이 v2 이상의 고속 주행시에는 전동 모터(23)의 견인력(Fc)만이 차량에 작용하게 되어, HST 구동장치의 동력 손실이 작아져 연비가 향상한다. (1) The
(2) 전동모터(23)에 의하여 후륜(123)을 구동하기 때문에, 차량 전체로서 큰 견인력(Fa)을 얻을 수 있다. 이 때문에 HST만에 의하여 견인력(Fa)을 얻는 것에 비하여, HST의 펌프(11)나 모터(12)를 소형화할 수 있다.(2) Since the
(3) 조작량 검출기(52)에 의하여 액셀러레이터 페달의 조작량(A)을 검출하여, 조작량(A)이 많을수록 HST의 동력(Pw1)과 전동모터(23)의 동력(Pw2)을 크게 하도록 하였기 때문에(도 6), 엔진 출력을 항상 HST와 전동모터(23)로 효율적으로 배분할 수 있다. (3) The operation amount A of the accelerator pedal is detected by the
(4) 차축에 작용하는 하중이 큰 전륜(113)을 HST에 의하여 구동하고, 축 하중이 작은 후륜(123)을 전동모터(23)에 의하여 구동하도록 하였기 때문에, 전동모터(23)에 의한 견인력(Fc)이 작아도 되고, HST와 전동모터(23)에 의하여 최적의 주행 시스템을 구축할 수 있다.(4) Since the
(5) 차속(v)에 따라 동력(Pw1)의 배분이 변경되면, 그 동력(Pw1)에 대응한 펌프 경전각(qp)과 모터 경전각(qm)으로 자동적으로 변화하기 때문에, 컨트롤러(50)에 의하여 경전각(qp, qm)을 직접 제어할 필요가 없고, 구성이 용이하다. (5) When the distribution of the power Pw1 is changed in accordance with the vehicle speed v, the
[제 2 실시형태]Second Embodiment
도 8, 9를 참조하여 본 발명에 의한 주행구동장치의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다.With reference to FIG. 8, 9, 2nd Embodiment of the drive system which concerns on this invention is described.
제 2 실시형태에서는, 후륜 구동장치(20)로서 전동모터(23) 대신 제너레이터 모터를 설치하여, 감속시에 차량이 가지는 운동에너지를 회수한다. 도 8은, 제 2 실시형태에 관한 주행구동장치의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 2와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 이하에서는 그 상위점을 주로 설명한다.In the second embodiment, a generator motor is provided instead of the
컨트롤러(50)에는, 차속검출기(51)와 액셀러레이터 조작량 검출기(52) 외에, 브레이크 페달의 조작량(B)을 검출하는 조작량 검출기(57)가 접속되어 있다. 컨트롤러(50)는, 조작량 검출기(52)의 조작량(A)에서 조작량 검출기(57)의 조작량(B)을 감산하여, 그 감산값이 플러스이면 가속 지령을, 마이너스이면 감속 지령을 출력한다. 가속 지령이 출력되면, 제너레이터 모터(55)는 전동모터로서 기능하고, 감속 지령이 출력되면 발전기로서 기능한다. 또한, 휠로더의 엔진 출력축에는 작업용 펌프가 연결되고, 액셀러레이터 페달은 작업시에는 작업 마력을 조절하기 위해서도 조작된다. 이 때문에, 휠로더와 같은 산업차량은 액셀러레이터 페달과 브레이크 페달이 동시에 조작되는 경우가 있다. In addition to the
제너레이터 모터(55)가 전동모터로서 기능할 때는, 컨트롤러(50)로부터의 제어신호에 따른 구동전류가 인버터/컨버터(56)를 거쳐 제너레이터 모터(55)에 공급되어, 제너레이터 모터(55)가 구동한다. 이 점에 대해서는 제 1 실시형태와 마찬가지이고, 예를 들면 브레이크 페달이 비조작일 때, 제너레이터 모터(55)의 동력(Pw2)은, 도 6에 나타내는 바와 같이 액셀러레이터 페달 조작량(A)과 차속(v)에 따라 변화한다. 제너레이터 모터(55)가 발전기로서 기능할 때는, 제너레이터 모터(55)로 발전한 전력은 인버터/컨버터(56)를 거쳐 배터리(22)에 충전된다. When the
도 9(a) 내지 9(c)는, 제 2 실시형태에서의 차속(v)과 견인력(F)의 관계를 나타내는 도면으로, 각각 제 1 실시형태의 도 5(a) 내지 5(c)에 대응한다. 차량 주행시에 감속 지령(브레이크 지령)이 출력되면, 제너레이터 모터(55)는 발전기로서 기능하기 때문에, 견인력(Fc)은 마이너스가 되어, 차량에 브레이크력이 작용한다. 이것에 의하여 감속시의 운동에너지를 배터리(22)로 회수할 수 있다. 이 경우, 감속 지령값이 클수록, 발전량이 많아지고, 브레이크력이 증가한다. 차속(v)이 낮아지면, HST에 의한 유압 브레이크가 동시에 작동한다. 이 경우, 먼저 제너레이터 모터(55)에 의한 브레이크를 작동하고, 그래도 부족한 경우에 HST에 의한 유압 브레이크를 작동한다. 이렇게 함으로써, 제너레이터 모터(55)에 의하여 우선적으로 발전이 이루어져, 운동에너지를 효율적으로 회수할 수 있다. 9 (a) to 9 (c) are diagrams showing the relationship between the vehicle speed v and the traction force F in the second embodiment, and FIGS. 5 (a) to 5 (c) of the first embodiment respectively. Corresponds to. When the deceleration command (brake command) is output when the vehicle runs, the
이와 같이 제 2 실시형태에 의하면, 제너레이터 모터(55)에 의하여 후륜(123)을 구동함과 동시에, 감속시에 발전하도록 하였기 때문에, 감속시에 불필요하게 된 운동에너지를 전기에너지로서 회수할 수 있어, 연비를 개선할 수 있다. 액셀러레이터 페달의 조작량(A)과 브레이크 페달의 조작량(B)을 검출하고, 그 조작량(A, B)의 차에 의하여 감속 지령을 판정함과 동시에, 감속 지령값이 클수록, 제너레이터 모터(55)의 발전량을 증대하여, 브레이크력을 크게 하였기 때문에, 차량에 적절한 브레이크력을 부여할 수 있다.As described above, according to the second embodiment, since the
또한, 상기 실시형태에서는, 모터 발전기로서의 모터 제너레이터(55)를 발전기로서 사용함으로써 차량에 브레이크력을 작용하도록 하였으나, 브레이크 디스크를 구동하여 브레이크력을 작용하는, 이른바 메커니컬 브레이크를 병용하여도 된다. 액셀러레이터 페달의 조작량(A)과 브레이크 페달의 조작량(B)의 차로부터 컨트 롤러(50)에서 가속/감속 지령을 판정하도록 하였으나, 판정부는 이것에 한정되지 않는다. Moreover, in the said embodiment, although the brake force is applied to a vehicle by using the
HST 주행구동장치의 펌프 경전각(qp)과 모터 경전각(qm)을 메커니컬적으로 변경하도록 HST 유압 회로를 형성하였으나, 전자제어에 의하여 경전각(qp, qm)을 직접 제어하여도 된다. HST에 의하여 제 1 구동륜으로서의 전륜(113)을 구동하고, 전동모터(23)에 의하여 제 2 구동륜으로서의 후륜(123)을 구동하도록 하였으나, 전륜(113)을 전동모터(23)로, 후륜(123)을 HST로 구동하여도 되고, 차륜(113, 123)의 구동 방식의 조합은 상기한 것에 한정되지 않는다. 조작량 검출기(52)에 의하여 액셀러레이터 페달의 조작량(A)을 검출하였으나, 다른 가속 검출부를 이용하여도 된다. Although the HST hydraulic circuit is formed so as to mechanically change the pump tilt angle qp and the motor tilt angle qm of the HST traveling drive device, the tilt angles qp and qm may be directly controlled by electronic control. The
차속 검출기(51)에 의하여 검출된 차속(v)이 va(제 1 소정값) 이하의 저속 영역에서, HST의 동력(Pw1)(제 1 동력)을 전동모터(23)의 Pw2(제 2 동력)보다 크게 하여 일정하게 유지하고, va < v <vb(제 2 소정값)의 중속 영역에서, Pw1을 서서히 감소시킴과 동시에 PW2를 서서히 증가시키고, v ≥ vb의 고속 영역에서, Pw1을 0으로 하고, Pw2를 최대(Pw0)로 하였으나(도 6), 차속(v)의 증가에 따라, HST로 분배하는 동력의 비율이 작아지고, 전동모터(23)로 분배하는 동력의 비율이 커지도록, 엔진 출력을 HST와 전동모터(23)로 분배하는 것이면, 제어부로서의 컨트롤러(50)의 구성은 상기한 것에 한정되지 않는다. 따라서, 견인력(Fa∼Fc)의 특성도 도 5, 도 9에 나타낸 것에 한정되지 않는다. 견인력(Fb)이 0이 될 때의 차속(v2)과 견인력(Fc)이 감소하기 시작할 때의 차속(v2)이 동일해지도록 전동모터(23)의 출력 토오크(T)를 제어하는 것이면(도 5), 토오크 제어부로서의 컨트롤러(50)의 구성은 어떠한 것이어도 된다. In the low speed region where the vehicle speed v detected by the
상기 실시형태는, 휠로더에 적용하였으나, 다른 작업차량(예를 들면 휠식 유압셔블 등)에도 본 발명은 동일하게 적용 가능하다. 즉, 본 발명의 특징, 기능을 실현할 수 있는 한, 본 발명은 실시형태의 주행구동장치에 한정되지 않다. Although the above embodiment is applied to a wheel loader, the present invention is similarly applicable to other work vehicles (for example, wheel type hydraulic excavators). That is, the present invention is not limited to the traveling drive device of the embodiment as long as the features and functions of the present invention can be realized.
본 출원은 일본국 특허출원2006-326694호(2006년 12월 4일 출원)를 기초로 하여, 그 내용은 인용문으로서 여기에 조합된다. This application is based on Japanese Patent Application No. 2006-326694 (filed December 4, 2006), the contents of which are incorporated herein by reference.
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